浅谈混凝土冻融研究现状

刘 欢

(西安建筑科技大学 陕西 西安 710055)

引言

在混凝土耐久性的研究领域中，冻融作为混凝土破坏的主要原因之一，具有举足轻重的地位，因此从上世纪40年代起，就备受各国学者的关注。各国学者也逐渐认识到，冻融导致混凝土性能的劣化归结到底还是力学性能的劣化，所以混凝土材料在冻融循环后力学性能劣化的研究层出不穷，同时取得了相当可观的进展。遗憾的是，在混凝土冻融耐久性和混凝土构件抗震性能交叉领域部分的研究却鲜有报道。而仅仅利用混凝土材料冻融损伤后力学性能的研究成果难以完全准确预测结构构件冻融损伤后力学性能的退化，因此有必要进行冻融环境下混凝土构件抗震性能的研究。钢筋混凝土结构因耐久性不足而损伤破坏，给世界各国人民生命财产安全造成了重大损失。其中由冻融损伤所导致的混凝土力学性能退化问题，目前已得到国内外学者的广泛关注，亦取得了一定的研究进展。

一、冻融对混凝土力学性能的影响

近年来，不少国内学者致力于研究冻融后混凝土的力学性能，旨在为混凝土结构的抗冻性研究奠定基础。在冻融环境下，混凝土的力学性能，如抗压强度、抗剪强度、劈拉强度以及弹性模量、泊松比、剪切模量等，对混凝土结构的影响起着至关重要的作用。

商怀帅、宋玉普等[1]研究了规定冻融循环次数的混凝土立方体试块，如冻融方法，试件制作的过程中有无添加引气剂等，得到结论:冻融循环后，普通混凝土单轴抗压强度与抗拉强度均有明显下降;冻融循环次数增加，普通混凝土单轴压缩时峰值应力点对应的应变值也随之增加，单轴拉伸时峰值应力点对应的应变值反而减小。

覃丽坤、宋玉普教授[2]研究了冻融循环次数不同时，混凝土在单轴应力状态和多轴应力状态下的强度和变形性能试验。结果表明：随着冻融次数的增加，混凝土主压向的应变明显增加。

于琦[3]在数值计算结果的基础上建立冻融环境下混凝土碳化深度预测模型。

祝进鹏等[4]基于混凝土冻融试验和混凝土细观力学研究了混凝土冻融后的力学性能变化，建立了混凝土随冻融循环次数变化的强度折减模型和弹性模量折减模型。采用快速冻融方法对混凝土试件以及砂浆试件进行100、200、300次的冻融循环，并检测了冻融循环对海水中混凝土抗压强度、弹性模量及应力应变关系的影响；对混凝土试件进行了数值模拟，各组成相的材料性质按照Weibull分布来赋值，以考虑各组成相的非均匀性，同时，砂浆的强度和弹性模量以砂浆冻融试验所得结果为准，用来反映冻融对混凝土的影响。

洪锦祥[5]采用快冻法研究冻融作用对混凝土力学性能的影响，将混凝土盐冻或水冻至不同损伤程度后，测其动弹性模量、抗折强度、抗压强度和劈裂抗拉强度，并用回归分析的方法建立抗折强度衰减方程。

张延年[6]在室内外自然状态两种情况下，对2d、3d、7d、15d、20d、28d不同龄期的C30混凝土立方体试块，进行了混凝土冻融试验机和冬季混凝土的研究。研究表明:在室内20℃条件下，所有的混凝土立方体试块均自然融化。

二、冻融对钢筋与混凝土粘结性能的影响

冀晓东、宋玉普教授等[7]用中心拔出试验的方法对冻融循环试件的钢筋与混凝土粘结性能进行了试验研究。以试验数据为划分钢筋混凝土粘结滑移曲线的依据。得出结论：冻融循环是破坏光圆钢筋与混凝土界面间之间粘结力的原因，光圆钢筋与混凝土之间粘结性能退化的主要原因是钢筋和混凝土界面间的摩擦系数变化。

徐港[8]用240mm×150mm×1200mm梁式黏结试件，通过50次、75次、100次的快速冻融循环试验得出盐冻循环作用对钢筋混凝土黏结强度、黏结刚度，初始滑移值，极限滑移值，破坏形态等指标影响规律的研究结果，并采用最小二乘法拟合得到盐冻循环作用后的黏结滑移本构方程。

三、多因素作用下抗冻性研究现状

刁波等[9]通过快速冻融试验，对不同持续荷载作用在钢筋混凝土梁、耦合冻融循环及梁在NaCl和Na2SO4混合侵蚀溶液交替作用下的力学性能进行研究。

幕儒[10]研究了冻融与应力共同作用下损伤，发现弯曲应力会加速混凝土在冻融循环中的损伤速度，其对冻融循环过程中的重量损伤无明显影响。同时，研究了冻融循环、除冰盐与外部应力三因素损伤。

黄鹏飞等[11]研究了盐冻循环、钢筋锈蚀与弯曲应力协同作用下耐久性的实验，通过测量在损伤演变过程中钢筋混凝土的动弹性模量、钢筋应变以及混凝土应变的变化，可较好地模拟在环境腐蚀与弯曲荷载协同作用下，工程实际中钢筋混凝土梁构件的损伤演变过程。

谢晓鹏等[12]通过快速冻融和碳化试验，测得混凝土冻融和碳化后的基本力学指标，结果表明：加强了混凝土的密实性，其混凝土的力学性能受到抗压、冻融循环的损伤，而其碳化劈拉强度，也在一定程度上得到提高。

对己有研究进行分析可以发现，国内外研究有关冻融作用对混凝土性能影响的主要侧重于静载性能，很少涉及到动载性能。此外，在已有研究中发现，大多注重研究冻融循环次数对混凝土性能的影响。然而，由于含气量和水灰比的不同，混凝土抗冻性存在很大差异。受相同次数的冻融循环作用后，水灰比和含气量不同的混凝土的损伤程度存在很大差异。